VF-0.850空氣壓縮機的設(shè)計（整體設(shè)計編程一、二級缸設(shè)計）【含CAD圖紙源文件】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機械。從能量轉(zhuǎn)換的方式來看， 壓縮機是屬于將原動機的動力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力的工作機。本設(shè)計為中壓活塞式空氣壓縮機設(shè)計?；钊綁嚎s機與其他類型的壓縮機相比，其優(yōu)點是：壓力范圍最廣、效率高、適應(yīng)性強，即排氣量范圍較廣，且不受壓力高低的影響?；钊綁嚎s機應(yīng)用較廣泛，例如在吹瓶機、核電站、儀表等方面，特別是在中小制冷范圍內(nèi)成為應(yīng)用最廣，生產(chǎn)批量最大的一種機型。 本次整個設(shè)計的內(nèi)容包括壓縮機的總體、氣缸及基本部件的設(shè)計。主要通過熱力計算和動力計算來確定壓縮機的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，和各種零部件的設(shè)計。同時，在本次的設(shè)計過程中，開發(fā)了一個計算機軟件來完成熱力計算和動力計算，借助AutoCAD繪圖軟件繪圖。 關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機；計算機編程；熱力計算；動力計算；主要零部件設(shè)計 Abstract The compressor is used to increase the gas pressure and gas transportation machinery. Judging from the energy conversion, the compressor is working machine, which can transform the prime mover into gas pressure. This design is for the medium-pressure piston air compressor. Compared with other types of compressors, advantages of piston compressor are: pressure range is the most extensive, high efficiency, adaptability. That means a wider range of displacement and pressure level will not affect it. The piston compressor is used widely, such as blowing machine, nuclear power plants, instrument, particularly in small and medium-sized refrigeration. It is also the largest production volume of a model. The entire design includes the design of the compressor overall, the cylinder and the basic member. The compressor overall structure of the program and various parts of the design is mainly determined by thermodynamic calculation and dynamic calculation.In the design process, I develop a computer software to complete the thermodynamic calculation and dynamic calculation, drawing with AutoCAD drawing software. Key words: piston compressor; computer programming; heating calculation; dynamic calculation; structural design 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.3本課題應(yīng)達到的要求 2 2總體設(shè)計方案 3 2.1設(shè)計參數(shù)及依據(jù) 3 2.1.1 設(shè)計參數(shù) 3 2.1.2 設(shè)計活塞壓縮機應(yīng)符合以下基本原則 3 2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 3 2.2.1 轉(zhuǎn)速n 3 2.2.2 行程S 3 2.2.3 活塞平均速度 4 2.3 結(jié)構(gòu)方案的選擇 4 2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇 4 2.3.2 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇 5 2.4 中間冷卻器 5 3 熱力計算 7 3.1 概述 7 3.2 熱力計算原始數(shù)據(jù) 13 3.3 初步確定各級名義壓力 15 3.4 計算各級排氣溫度 17 3.5 確定各級的排氣系數(shù) 19 3.5.1 容積系數(shù) 19 3.5.2 壓力系數(shù) 21 3.5.3 溫度系數(shù) 21 3.5.4 氣密系數(shù) 21 3.5.5 排氣系數(shù) 22 3.6 確定各級干氣系數(shù) 22 3.7確定各級抽氣系數(shù) 22 3.8 確定各級氣缸行程容積 22 3.9 確定各級氣缸直徑 24 3.10 圓整后各級名義壓力及溫度 26 3.10.1 確定圓整后各級實際行程容積 26 3.10.2 求各級壓力修正系數(shù)、 27 3.10.3 修正后各級名義壓力及壓力比 29 3.10.4 修正后各級排氣溫度 30 3.11 計算活塞力 31 3.11.1 計算氣缸內(nèi)實際吸排氣壓力 31 3.11.2 計算各列的活塞力 32 3.12 計算軸功率，選取電機 35 3.12.1 計算各級指示功率 35 3.12.2 整個機器總指示功率 36 3.12.3 軸功率 36 3.12.4 選擇電機 36 4 動力計算 37 4.1 概述 37 4.2 初始數(shù)據(jù) 37 4.3 作各級氣缸設(shè)計示功圖 37 4.4 作往復(fù)慣性力圖 44 4.5 計算各級往復(fù)摩擦力 47 4.6 作綜合活塞力曲線圖 47 4.7 作切向力圖 52 4.8 確定飛輪距 56 5 主要零部件設(shè)計 58 5.1 一、二級氣缸設(shè)計 58 5.1.1 氣缸結(jié)構(gòu)型式 58 5.1.2 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 58 5.2 一、二級活塞組件 61 5.2.1 活塞 61 5.2.2 活塞環(huán)與活塞環(huán)的潤滑 62 5.3 一、二級氣閥 65 5.3.1 氣閥的基本要求 65 5.3.2 氣閥主要參數(shù)的確定 65 結(jié)論與展望 71 6.1 結(jié)論 71 6.2 不足之處及未來展望 71 致謝 72 參考文獻 73 附錄 74 149 VF-0.8/50空氣壓縮機的設(shè)計（整體設(shè)計編程，一、二級缸設(shè)計） 1 緒論 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，壓縮機的使用已十分普遍，所占的地位相當(dāng)重要。壓縮機是輸送氣體介質(zhì)并提高其壓力能的機械裝置，它在國民經(jīng)濟各部門中特別在化工、石油、礦山、冶金、機械、農(nóng)田灌溉以及國防工業(yè)中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。其重要的應(yīng)用場合有： (1) 化工工藝過程上的應(yīng)用 在化工生產(chǎn)中，為了保證某些合成工藝能在高壓條件下進行，往往通過壓縮機把氣體 預(yù)先加壓到所需的壓力。例如高壓聚乙烯的聚合反應(yīng)要求把乙烯加壓到2000kgf/cm2以上；合成氨的反應(yīng)要求把合成氣加到320kgf/cm2;石油裂解如氫要求把氫氣加壓到150kgf/cm2以上等。 (2) 動力工程上的應(yīng)用 在動力、機械以及國防工業(yè)上常采用壓縮空氣作為驅(qū)動裝置的動力氣源，例如常見的 風(fēng)動機械，要求空氣的壓力為8kgf/cm2；用于控制儀表及自動化裝置上的氣源壓力6kgf/cm2；國防工業(yè)中某些武器的發(fā)射、潛水艇的沉浮、魚雷的發(fā)射驅(qū)動等需要采用壓縮機。 (3) 氣體輸送 在石油、化工生產(chǎn)中，為了輸送原料氣，常用壓縮機增壓。例如從油田輸出天然氣，煤氣廠輸出煤氣都要求事先加以增壓。 壓縮機種類有很多，有往復(fù)式壓縮機、回轉(zhuǎn)式壓縮機、透平式壓縮機、噴射式壓縮機等。其中在往復(fù)式壓縮機中最典型的是活塞式壓縮機?；钊綁嚎s機是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運動來壓縮氣體?；钊麎嚎s機由于具有耗能低、適應(yīng)性強和靈活性大等優(yōu)點，應(yīng)用比較普遍。所以活塞壓縮機的設(shè)計及研究對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的意義。 由于計算機的飛速發(fā)展與普遍應(yīng)用，在活塞式壓縮機設(shè)計中，可以使用計算機編程來實現(xiàn)熱力計算和動力計算。通過利用計算機編程，可以使得熱力計算和動力計算變得迅捷、方便、精確。同時借助AutoCad的二次開發(fā)，可以很方便的生成氣缸的示功圖、綜合活塞力圖、切向力圖和總切向力圖。 本次設(shè)計中編程語言采用C#。C#是一款面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，是微軟公司在2000年7月推出.NET Framework的第1版時提供的一種全新語言，它從C和C++語言演化而來，并吸取了以往的教訓(xùn)，考慮了其他語言的許多優(yōu)點，并解決了它們的問題[12]。本次設(shè)計使用Visual Studio 2010開發(fā)工具進行所有的C#編程。 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 近年來，國民經(jīng)濟不斷的發(fā)展，行業(yè)集中度提高了許多，大企業(yè)進一步集中供貨。氣體壓縮機的產(chǎn)業(yè)布局，正在逐步合理的向新局面發(fā)展。由于戰(zhàn)略性的經(jīng)濟重組的不斷推進，很多不合格的企業(yè)退出，杰出的企業(yè)找準(zhǔn)發(fā)展方向，加強主要業(yè)務(wù)的發(fā)展，不斷做大做好，達到強強聯(lián)合，承擔(dān)起國家重大技術(shù)裝備項目。在相關(guān)政策方面，為應(yīng)對全球性金融危機對我國經(jīng)濟的影響，早在09年年初，國家已經(jīng)制定了一系列的刺激經(jīng)濟方案，重點調(diào)整振興包括石化、冶金等氣體壓縮機的下游產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的十大產(chǎn)業(yè)。由于這些措施，使得氣體壓縮機產(chǎn)業(yè)得到了積極的發(fā)展，同時也使得壓縮機行業(yè)經(jīng)濟在2009年的下半年逐漸變好。在開拓國際市場方面，壓縮機行業(yè)應(yīng)積極而謹慎地探索自己的國際化道路。近年來，壓縮機行業(yè)的國際化步伐放緩，特別是在2009年，壓縮機的出口形勢不容樂觀，這主要表現(xiàn)于國內(nèi)壓縮機行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平與國外壓縮機技術(shù)發(fā)展水平存在一定的差距，真正意義上的具有國際競爭力的大型國際企業(yè)集團還沒有形成。但是在將來，壓縮機的需求在我國壓縮機市場中將進一步提高。 2013年，是壓縮機行業(yè)發(fā)展的新起點，預(yù)計行業(yè)未來呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢。首先是結(jié)構(gòu)調(diào)整將有重大突破。目前在我國的壓縮機行業(yè)中，企業(yè)規(guī)模小而且分散，產(chǎn)業(yè)集中度低；生產(chǎn)力布局不合理現(xiàn)象依然存在；企業(yè)節(jié)能減排的任務(wù)重；科技創(chuàng)新能力不強；資源控制力不強，保障體系建設(shè)滯后等。正因為壓縮機行業(yè)中存在這些矛盾，所以，特別的要在壓縮機行業(yè)中特別的調(diào)整好壓縮機產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷升級產(chǎn)業(yè)，并且解決壓縮機行業(yè)的重大問題，不影響其發(fā)展。第二，行業(yè)內(nèi)要大力推動共性技術(shù)研究開發(fā)，掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)。當(dāng)前，壓縮機行業(yè)共性技術(shù)的科研經(jīng)費投入不足，研究開發(fā)力量薄弱。2013年，各企業(yè)應(yīng)加大在我國重點培育自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)裝備研發(fā)力量?？梢匝驖u進地加強建設(shè)國家工程技術(shù)研究中心、國家重點實驗室、行業(yè)科研院所等共性技術(shù)研究開發(fā)平臺，重點對原創(chuàng)性技術(shù)、戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)、及共性技術(shù)的研究開發(fā)，并且培養(yǎng)一支既精通基礎(chǔ)技術(shù)又熟悉行業(yè)技術(shù)的高科技人才隊伍，努力使其掌握關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)和重要產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán)。第三，進入加快發(fā)展制造服務(wù)業(yè)階段。當(dāng)前，壓縮機行業(yè)存在一些不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的缺陷，如缺少高端技術(shù)，企業(yè)規(guī)模偏小等。面臨這些問題和激烈的市場競爭，壓縮機企業(yè)極需提高自身的核心競爭力，轉(zhuǎn)變增長方式。在制造過程中，并且在市場調(diào)研，銷售，產(chǎn)品報廢回收過程中，力爭為客戶提供方便，高品質(zhì)的優(yōu)異服務(wù)，這點對一個壓縮機企業(yè)的發(fā)展有著重要意義，因為通過這些可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)代服務(wù)業(yè)主要投入的大部分是人力資本和知識資本，這些解決了壓縮機企業(yè)發(fā)展、升級問題，并且提升了市場競爭力。 我國往復(fù)壓縮機設(shè)計與制造技術(shù)水平跟國外水平相比，主要差距是在研究基礎(chǔ)理論上的差距，開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)能力相對較低，落后國外的工藝裝備和實驗手段，產(chǎn)品技術(shù)起點不高。另外，技術(shù)含量高和特殊要求的產(chǎn)品在國內(nèi)壓縮機市場上供不應(yīng)求。 1.3本課題應(yīng)達到的要求 1、根據(jù)設(shè)計參數(shù)，利用計算機編程進行壓縮機的熱、動力計算（主要包括缸徑的確定，電動機功率計算及選型，壓縮機中的作用力的分析，飛輪距的確定）； 2、對壓縮機主要零件進行強度校核； 3、根據(jù)計算結(jié)果，確定壓縮機結(jié)構(gòu)尺寸，繪制主要零部件圖及一、二級氣缸組裝圖； 4、查閱相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計說明書一份，不少于30頁。 2總體設(shè)計方案 2.1設(shè)計參數(shù)及依據(jù) 2.1.1 設(shè)計參數(shù) 排氣量：0.85m3/min 壓縮介質(zhì)：空氣 進氣壓力：大氣壓 公稱排氣壓力：5 MPa(表壓力) 排氣溫度：25℃ 2.1.2 設(shè)計活塞壓縮機應(yīng)符合以下基本原則 a.滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關(guān)使用條件的要求。 b. 使用壽命要足夠長，即壓縮機需要大修時間間隔的長，使用可靠性要足夠高，及壓縮機被迫停車的次數(shù)短。 c.有較高的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性。 d.有良好的動力平衡性。 e.維護檢修方便。 f.盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料。 g.制造工藝性良好。 h.機器的尺寸小、重量輕。 2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 所謂結(jié)構(gòu)參數(shù)是指能反映機器結(jié)構(gòu)面貌和工作性能的特征數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速n，活塞平均速度Cm、行程S等。選擇這些參數(shù)時，必須符合壓縮機三化（系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化）標(biāo)準(zhǔn)。 2.2.1 轉(zhuǎn)速n 由排氣量公式可知，排氣量隨轉(zhuǎn)速的提高而增大。對于已使用的機器，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，可使生產(chǎn)能力增大；對于新設(shè)計的機器，轉(zhuǎn)速取得高，可使機器尺寸小、重量輕。轉(zhuǎn)速越高，相同功率的電機越小，并有可能與壓縮機直聯(lián)，占地面積小，總的經(jīng)濟性好。因此，近年來，壓縮機轉(zhuǎn)速趨于提高。但是，轉(zhuǎn)速提高也帶來許多不利因素。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時，往復(fù)慣性力與轉(zhuǎn)速的平方成正比的增加。若最大慣性力大于最大活塞力，則運動機構(gòu)的設(shè)計將以空車運行時的最大慣性力為依據(jù)，運動件的利用程度差。因此，設(shè)計時應(yīng)選取恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，使最大慣性力不超過最大活塞力；對于平衡得不夠好的壓縮機，高轉(zhuǎn)速會使不平衡的慣性力和力矩增加，使機器和基礎(chǔ)的振動加??；轉(zhuǎn)速高使易損件壽命低。如活塞環(huán)、填料函、十字頭，連桿大小頭軸瓦以及主軸瓦等的磨損均速轉(zhuǎn)速增高而加快。特別是閥片的工作壽命大致與轉(zhuǎn)速成反比，為使閥片有相當(dāng)?shù)膲勖?，轉(zhuǎn)速也不宜過高；此外，轉(zhuǎn)速增高，氣流在氣閥中的速度增大，阻力損耗增加，使壓縮機效率降低。 近代壓縮機的轉(zhuǎn)速，通常在下列范圍：微型和小型：1000~3000rpm；中型：500~1000rpm；大型：250~500rpm。 2.2.2 行程S 在選定行程時，需考慮下列因素： （1）排氣量的大小 排氣量大，則行程應(yīng)取得長一些，反之，應(yīng)短些； （2）對于立式、V型、W型、扇型等結(jié)構(gòu)形式，活塞行程可以取得小些，這樣機器就不太高，方便使用和維修； （3）氣缸的結(jié)構(gòu)主要考慮Ⅰ級缸徑與行程要保持一定的比例。若行程太小，則吸、排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）。 在保證運轉(zhuǎn)可靠、零部件壽命較長的前提下，趨向于采用高轉(zhuǎn)速、短行程。 2.2.3 活塞平均速度 活塞平均速度是衡量壓縮機是否先進的重要參數(shù)之一，它與轉(zhuǎn)速、行程直接相關(guān)。其值的大小直接影響運動件的磨損、氣閥的工作狀況和氣流的阻力損失等。活塞平均速度、轉(zhuǎn)速n和行程S的關(guān)系如下： （2.1） 式中 ——活塞平均速度，m/s； ——壓縮機轉(zhuǎn)速，rpm； ——活塞行程，m。 為顧及易損件的壽命及運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性，對于大、中型工藝用壓縮機，一般可取3.5~4.5m/s；對于大批生產(chǎn)的動力用固定式空壓機，為獲得較高的效率，可取3~4m/s；對于移動式壓縮機，為盡量減小尺寸和重量，可取4~5m/s；對于微、小型壓縮機，為了讓結(jié)構(gòu)緊湊些，可以選取較小的行程，盡管轉(zhuǎn)速較高，但是活塞平均速度較低，約2m/s左右。 對于無油潤滑的迷宮式壓縮機，要求，以減少泄露；而用聚四氟乙烯或石墨環(huán)等自潤滑材料活塞環(huán)及填料的壓縮機，；乙炔壓縮機具有爆炸的危險性，為安全計，取。 在往復(fù)活塞式壓縮機設(shè)計中，由于一定的參數(shù)和使用條件的限制下，第一步應(yīng)考慮選擇適當(dāng)?shù)幕钊骄俣?，因? （1）活塞平均速度的高低，對運動機件中的摩擦和磨損有直接的影響。對氣缸內(nèi)的工作過程也有影響。 （2）本次設(shè)計的壓縮機二、三級采用微油自潤滑材料的半無油潤滑，活塞速度過高，功率的消耗及排氣溫度將會過高。嚴(yán)重地影響壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和使用的可靠性。故VF-0.8/50空氣壓縮機行程定為90mm，轉(zhuǎn)速定為750rpm。 根據(jù)式（2.1），活塞平均速度為： 2.3 結(jié)構(gòu)方案的選擇 活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)特點主要體現(xiàn)在氣缸排列的型式，即指氣缸中心線的排列位置和運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)這兩個方面。 2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇 根據(jù)氣缸排列的型式不同，有立式壓縮機、臥式壓縮機、對稱平衡型壓縮、對置型壓縮機及角度式壓縮機。角度式壓縮機，氣缸中心線具有一定的角度，但不等于零度和180℃。按氣缸中心線的位置不同，又可以分為W型、V型、L型和扇型。 角式壓縮機的特點是同一曲拐上裝有幾個連桿，與每個連桿相應(yīng)的氣缸中心線間具有一定的夾角，角式壓縮機優(yōu)點有： （1）各列一階往復(fù)慣性力的合力，可用裝在曲軸上的平衡重達到大部分或完全平衡，動力平衡好，機器可取較高的轉(zhuǎn)速，可達500~2200rpm。 （2）氣缸彼此錯開一定角度，有利于安排氣閥及配置中間冷卻器，結(jié)構(gòu)緊湊。 （3）若干列的連桿連接在同一曲拐上，曲軸的曲拐數(shù)減少，軸向長度可縮短，主軸頸有可能采用滾動軸承。 由于本設(shè)計排氣量和排氣壓力比較小，選擇角度式中的V型壓縮機，使其具有較好的平衡性，同一曲拐上相鄰的汽缸中心線夾角做成90°，如圖2.1。 圖2.1 V型壓縮機結(jié)構(gòu)圖 2.3.2 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇 活塞式壓縮機的運動機構(gòu)有：無十字頭和帶十字頭兩種。本設(shè)計為無十字頭。選擇無十字頭的理由是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，機械高度較低，相應(yīng)的機械重量較輕，一般不需要專門的潤滑機構(gòu)。同時本次選擇的是v型結(jié)構(gòu)，無十字頭適用于小功率范圍內(nèi)使用。 2.4 中間冷卻器 冷卻器對上一級排出氣體的冷卻效果的好壞直接影響到機器的性能，所以冷卻器的設(shè)計也是本系列壓縮機設(shè)計的一個重要部分。根據(jù)已有的科研成果和實踐經(jīng)驗先選型，風(fēng)冷中冷器采用鋁制板翅式中冷器，一級中冷器和二級中冷器組合在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，再由兼作風(fēng)扇作用的飛輪對中間冷卻器進行強制冷卻。試驗證明該中間冷卻器起到了很好的冷卻效果?？諝庥梢患夁M氣閥吸入級差式氣缸底部的一級氣缸，壓縮后,一級壓縮空氣經(jīng)一級排氣閥排出，經(jīng)一級中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由140℃左右降到25℃左右經(jīng)二級進氣閥進入級差式氣缸的上部二級氣缸壓縮，二級壓縮空氣經(jīng)二級排氣閥排出，再經(jīng)二級中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由150℃左右降到25℃左右，經(jīng)三級進氣閥進入級差式氣缸的上部三級氣缸壓縮后進入儲氣罐。見圖2.2 。 圖2.2 中間冷卻器 1.一級冷卻 2.二級冷卻 3 熱力計算 3.1 概述 壓縮機的熱力計算，是根據(jù)氣體的壓力，容積和溫度之間存在一定的關(guān)系，結(jié)合壓縮機的具體特性和使用要求而進行的，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)(各級的吸排氣溫度，壓力，所耗動力）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程，氣缸直徑等）。 本次計算利用計算機編程輔助，采用基于對象和面向過程的方法編程?；趯ο缶褪菍嚎s機的屬性、結(jié)構(gòu)、零部件（如氣缸、活塞等）數(shù)據(jù)抽象出來，將數(shù)據(jù)集中起來，便于直觀的操作。面向過程就是按熱力計算的步驟流程來計算，通過向接口輸入?yún)?shù)觸發(fā)對象的一個計算過程（見圖3.1）?；钊綁嚎s機熱力計算的過程如圖3.2所示。 圖3.1 軟件總構(gòu)架圖3.2 熱力計算流程圖 圖3.3 StageHeads數(shù)組 圖3.4 LineHeads數(shù)組圖 利用C#語言可以簡單的將壓縮機的屬性、零部件表示出來。見如下代碼： public class CPistonCompressor { private ulong StructureType; //結(jié)構(gòu)類型 private ulong NumberOfCylinders; //氣缸數(shù)目 public CCylinder[] cylinders; //氣缸 private ulong Stage; //壓縮級數(shù) private ulong Line; //氣缸列數(shù) public StageHeadNode[] StageHeads; //氣缸級結(jié)點 public LineHeadNode[] LineHeads; //氣缸列列結(jié)點 public CPower AxlePower; //軸功率 public CPower[] IndicatedPower; //各級指示功率 public CPower SumIndicatedPower; //總指示功率 public CCoefficient MachineEfficientcy; //機械效率 public CPower MotorPower; //電機功率 public CCoefficient Multiple; //電機功率是軸功率的多少倍 public CForce[] ReciprocateFriction; //各級往復(fù)運動摩擦力 private CPressure SuctionPressure; //進氣壓力 private CPressure DischargePressure; //輸氣壓力 private CTemperature SuctionTemperature; //進氣溫度 private CTemperature DischargeTemperature; //輸氣溫度 public MixGas WorkingMedium; //工質(zhì) public CCoefficient RelativeHumidity; //氣體相對濕度 public double ReciprocatingPartsMass; //往復(fù)運動件的質(zhì)量 public ReciprocatingInertialForce I; //往復(fù)慣性力 private Link link; //連桿 private Crank crankpin; //曲柄 public CCoefficient RatioOfCrankRadiusToLengthOfConnectingRod; //徑長比 private String label; //壓縮機標(biāo)注 private CVolume ExhaustVolume; //排氣量 private CLength Stroke; //行程 private CCoefficient OverallPressureRatio; //總壓力比 private CCoefficient AveragePressureRatio; //平均壓力比 private CRevolution Revolution; //壓縮機轉(zhuǎn)速 } 在活塞式壓縮機類CPistonCompressor中，除了表示了其應(yīng)有的屬性，零部件外，還添加兩個數(shù)組：StageHeads和LineHeads。前者是一個數(shù)組，存儲著單鏈表的頭結(jié)點，作用是將氣缸按級次關(guān)聯(lián)起來（見圖3.3）。后者是存儲雙鏈表的頭結(jié)點的數(shù)組，這些雙鏈表表示出了各列上氣缸的關(guān)系（見圖3.4），每一條雙鏈表上的結(jié)點都是按氣缸級次從低到高的排列的有序結(jié)點。之所以需要這兩個鏈表頭結(jié)點數(shù)組，是因為，在計算的時候，有時需要按級次遍歷氣缸，有時需要按列來遍歷每個氣缸，通過鏈表的使用，能很方便的做到。 在熱力計算中，主要通過設(shè)置一些參數(shù)來計算氣缸的吸排氣壓力、吸排氣溫度，行程容積，缸徑，氣體力等。按參數(shù)作用，將參數(shù)分為性能參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)以及設(shè)計系數(shù)，氣缸類的屬性表示，部分代碼如下： public class CCylinder { public ulong type; //氣缸類型 private ulong stage; //壓縮級別 private ulong line; //所在的列 public MixGas MixGas; //氣體 public DesignCoefficient DesignCoe; //設(shè)計系數(shù) //名義的性能參數(shù) Nominal Performance Parameter public NominalPerformanceParameter NPPara; //修正的性能參數(shù) Corrective Performance Parameter public CorrectivePerformanceParameter CPPara; //實際的性能參數(shù) Real Performance Parameter public ActualPerformanceParameter RPPara; //計算的結(jié)構(gòu)參數(shù) Calculating Constructional Parameter public CalculatingConstructionalParameter CCPara; //實際的結(jié)構(gòu)參數(shù) Real Constructional Parameter public ActualConstructionalParameter RCPara; public CPiston piston; //活塞 public Ergogram AxisErgogram; //軸側(cè)示功圖 public Ergogram CapErgogram; //蓋側(cè)示功圖 public Ergogram AxisErgogramExpansion; //軸側(cè)施工圖展開圖 public Ergogram CapErgogramExpansion; //蓋側(cè)示功圖展開圖 public CForce SumPistonForce; //綜合活塞力 } 在熱力計算中，吸排氣壓力、吸排氣溫度及缸徑等需要在修正、圓整等操作，所以將性能參數(shù)分為名義性能參數(shù)、修正性能參數(shù)及實際性能參數(shù)，將結(jié)構(gòu)參數(shù)分為計算結(jié)構(gòu)參數(shù)和實際結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于這些參數(shù)有公共部分，所以將公共參數(shù)放到基類當(dāng)中，再通過繼承來表示，部分代碼如下： public partial class PerformanceParameter /*基類，性能參數(shù)*/ { public CPressure DischargePressure; //排氣壓力 public CPressure SuctionPressure; //吸氣壓力 public CTemperature DischargeTemperature; //排氣溫度 public CTemperature SuctionTemperature; //吸氣溫度 public CCoefficient PressureRatio; //壓力比 } public class NominalPerformanceParameter /*子類，氣缸名義性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { } public class CorrectivePerformanceParameter /*子類，氣缸修正性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { public CCoefficient Bx; //修正系數(shù)βx public CCoefficient Bx_plus_1; //修正系數(shù)βx+1 } public class ActualPerformanceParameter /*子類，氣缸實際性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { // 排氣相對壓力損失 Discharge Relative Pressure Loss public CCoefficient DRelativePressureLoss; // 吸氣相對壓力損失 Suction Relative Pressure Loss public CCoefficient SRelativePressureLoss; } public class ConstructionalParameter /*基類，氣缸結(jié)構(gòu)參數(shù)*/ { public CLength Diameter; //直徑 public CVolume SweptVolume; //行程容積 public CCoefficient RelativeClearanceVolume; //相對余隙容積 } public class CalculatingConstructionalParameter /*子類，氣缸計算結(jié)構(gòu)參數(shù)*/ : ConstructionalParameter { } public class ActualConstructionalParameter /*子類，氣缸實際結(jié)構(gòu)參數(shù)*/ : ConstructionalParameter { } public class DesignCoefficient /*設(shè)計系數(shù)*/ { public CCoefficient PolytropicIndexOfExpansion; //膨脹過程多變指數(shù) public CCoefficient VolumeCoefficient; //容積系數(shù) public CCoefficient PressureCoefficient; //壓力系數(shù) public CCoefficient TemperatureCoefficient; //溫度系數(shù) public CCoefficient GasLeakCoefficient; //泄漏系數(shù) public CCoefficient ExhaustCoefficient; //抽氣系數(shù) public CCoefficient CondensateCoefficient; //凝析系數(shù) public CCoefficient DisChargeCoefficient; //排氣系數(shù) public CCoefficient AirValve; //氣閥 public CCoefficient PistonRing; //活塞環(huán); public CCoefficient[] Filler; //填料 } 為了方便計算活塞力，將活塞抽象出一個類，方便計算使用，代碼如下： public class CPiston /*設(shè)計系數(shù)*/ { public static readonly uint INNER_DEAD_POINT = 0; //內(nèi)止點 public static readonly uint OUTSIDE_DEAD_POINT = 1; //外止點 public static readonly uint SUCTION = 0; //吸氣 public static readonly uint DISCHARGE = 1; //排氣 public CArea AxleArea; //軸側(cè)活塞面積 public CArea AxleWorkArea; //軸側(cè)活塞工作面積 public CPressure[] AxlePressure; //軸側(cè)壓力 public CForce[] AxleForce; //軸側(cè)活塞力 public CArea CapArea; //蓋側(cè)活塞面積 public CArea CapWorkArea; //蓋側(cè)活塞工作面積 public CPressure[] CapPressure; //蓋側(cè)壓力 public CForce[] CapForce; //蓋側(cè)活塞力 public CForce PistonRodArea; //活塞桿面積 public CLength[] PistonDisplacement; //活塞位移 public CLength Stroke; //活塞行程 } 在進行熱力計算前，需要先創(chuàng)建一個活塞式壓縮機對象：CPistonCompressor pc = new CPistonCompressor()，然后通過對該活塞式壓縮機對象進行屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用來進行熱力計算。雖然活塞式壓縮機對象的方法是離散的，但是為了便于理解和減少代碼的復(fù)雜度，熱力計算的編程依然根據(jù)熱力計算流程，將參數(shù)有序的輸入，然后再計算。由于本次實際著重在于計算而且篇幅有限，對于參數(shù)輸入圖形界面設(shè)計將省略寫出。 3.2 熱力計算原始數(shù)據(jù) 排氣量0.85m3/min（吸入狀態(tài)）； 進氣壓力1.03kgf/cm2（絕對壓力）； 輸氣壓力5MPa（表壓）； 進氣溫度20℃； 進氣相對濕度0； 壓縮機轉(zhuǎn)速750r/min； 壓縮機行程90mm。 將進氣壓力和輸氣壓力設(shè)置到壓縮機對象中見圖3.5，并且設(shè)置一些有關(guān)壓縮機的屬性，見圖3.6。 圖3.5 設(shè)置進氣壓力和輸氣壓力 圖3.6 設(shè)置壓縮機氣缸屬性 在設(shè)置了列數(shù)，壓縮級數(shù)和氣缸數(shù)目及其屬性后，就可以創(chuàng)建StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組。代碼如下： public void createStageHeads() /*創(chuàng)建級結(jié)點*/ { StageHeads = new StageHeadNode[Stage + 1]; StageHeads[0] = null; for (ulong i = 1; i <= Stage; i++) { StageHeads[i] = new StageHeadNode(); } } public void createLineHeads() /*創(chuàng)建列結(jié)點*/ { LineHeads = new LineHeadNode[Line + 1]; LineHeads[0] = null; for (ulong i = 1; i <= Line; i++) { LineHeads[i] = new LineHeadNode(); LineHeads[i].line = i; } } 然后將氣缸添加到StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組中。部分代碼如下： node = new StageNode(); node.cylinder = pc.cylinders[Number]; pc.StageHeads[stage].addNode(node); //將氣缸關(guān)聯(lián)到列數(shù)組中 linenode = new LineNode(); linenode.cylinder = pc.cylinders[Number]; pc.LineHeads[line].addNode(linenode); 3.3 初步確定各級名義壓力 進氣壓力 輸氣壓力 總壓力比 平均壓力比 各級名義吸、排氣壓力及壓力比經(jīng)調(diào)整后，列表如下： 表3-1 各級名義吸、排氣壓力及壓力比 級次 名義吸氣壓力 (kgf/cm2) 名義排氣壓力 (kgf/cm2) 名義壓力比 Ⅰ 1.03 4.12 4 Ⅱ 4.12 14.7084 3.57 Ⅲ 14.7084 52.04 3.54 圖3.7 輸入名義壓力比 輸入壓力比（見圖3.7）在輸入各級壓力比后，按級次遍歷每個氣缸計算名義吸排氣溫度，部分代碼如下： public bool calSucDisPressure() { if (SuctionPressure == null || DischargePressure == null) { return false; } //前一級的排氣壓力 CPressure PreDisPressure = null; for (ulong i = 1; i <= Stage; i++) { StageNode node = StageHeads[i].node; //第一級 if (i == 1) { while (node != null) { node.cylinder.setSucPressure( SuctionPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.calDisPressure(); if (node.next == null) PreDisPressure = node.cylinder.NPPara.DischargePressure; node = node.next; } } //最后一級 if (i == Stage) { while (node != null) { node.cylinder.setDisPressure( DischargePressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.setSucPressure( PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node = node.next; } } while (node != null) { node.cylinder.setSucPressure( PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.calDisPressure(); if (node.next == null) { PreDisPressure = new CPressure( node.cylinder.NPPara.DischargePressure.KGF_CM2, UNITTYPE.KGF_CM2); } node = node.next; } } return false; } 3.4 計算各級排氣溫度 壓縮工質(zhì)為空氣，根據(jù)參考文獻[1]的附錄Ⅰ常用氣體的主要物理性質(zhì),查得空氣的絕熱指數(shù)k為1.4。 計算名義排氣溫度的式子[1]： （3.1） 根據(jù)式（2.1），計算各級名義排氣溫度，列表如下： 表3-2 各級名義吸氣溫度 級 次 名義吸氣溫度 名義壓力比 絕熱指數(shù)k 名義排氣溫度 Ⅰ 20 293 4 1.4 1.486 162.396 435.396 Ⅱ 25 298 3.57 1.4 1.438 153.944 428.668 Ⅲ 25 298 3.54 1.4 1.435 153.25 427.636 輸入壓縮工質(zhì)、相對濕度、各級吸氣溫度，見圖3.8。 為了方便，將常用氣體的主要物理性質(zhì)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫，通過對數(shù)據(jù)庫的查詢來計算、設(shè)置工質(zhì)的絕熱指數(shù)。代碼如下： public class gas { public static string path; private CCoefficient AdiabaticExponent; //絕熱指數(shù) private string MolecularFormula; //分子式 private CPressure CriticalPressure; //臨界壓力 private CTemperature CriticalTemperature; //臨界溫度 private CCoefficient volume; //體積分數(shù) private CPressure FakeCriticalPressure; //假臨界壓力 private CTemperature FakeCriticalTemperature; //假臨界溫度 private double V_Kminus1; // V / (K -1) private string condition; public static string DBPath; private void initialization(string molecular_formula,double volume) { MolecularFormula = molecular_formula; condition = "MolecularFormula='" + MolecularFormula + "'"; sqlite3 gas = new sqlite3(DBPath); //獲取氣體數(shù)據(jù)庫 //select AdiabaticExponent from gas where MolecularFormula=air; double k = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas", "AdiabaticExponent",condition); AdiabaticExponent = new CCoefficient(k); double critical_pressure = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas","CriticalPressure",condition); CriticalPressure = new CPressure(critical_pressure, UNITTYPE.KGF_CM2); double critical_temperature = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas","CriticalTemperature",condition); CriticalTemperature = new CTemperature(critical_temperature, UNITTYPE.K); this.volume = new CCoefficient(volume); V_Kminus1 = volume / (k - 1.0); FakeCriticalPressure = this.volume * CriticalPressure; FakeCriticalTemperature = this.volume * CriticalTemperature; } } 然后后根據(jù)式（2.1）編程計算排氣溫度，代碼如下： public void calDisTemperature() { CTemperature sucTemperature = NPPara.SuctionTemperature; CCoefficient PressureRatio = NPPara.PressureRatio; CCoefficient k = MixGas.k; CCoefficient exponent = (k - 1.0) / k; CCoefficient coe = new CCoefficient(Math.Pow(PressureRatio.COE, exponent.COE)); CTemperature DischargeTemperature = coe * sucTemperature; NPPara.DischargeTemperature = new CTemperature( Math.Round(DischargeTemperature.K, 3), UNITTYPE.K); } 圖3.8 輸入壓縮工質(zhì)、相對濕度、吸氣溫度 3.5 確定各級的排氣系數(shù) 壓縮機的排氣量直接受影響于壓縮機吸氣量的大小，所以凡是影響吸氣量的自然因素自然也就是影響排氣量的因素。由于各種因素的影響，實際壓縮循環(huán)中所能吸收的氣量比理論吸氣量要小。吸氣系數(shù)包括容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)、氣密系數(shù)。輸入這些系數(shù)進行計算，見圖3.9。 3.5.1 容積系數(shù) 按表2-3查得各級膨脹過程指數(shù)m為： 據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積值多在一下范圍內(nèi)： 壓力≤20kgf/cm2 壓力>20~321kgf/cm2 循環(huán)壓縮機 或更大 超高壓壓縮機 達0.25 這里根據(jù)壓力，取相對余隙容積：, , 表3-3 膨脹過程多變指數(shù)m()[1] 吸氣壓力kgf/cm2(絕對) m值 ≤1.5 m=1+0.5(k-1) >1.5~4 m=1+0.62(k-1) >4~10 m=1+0.75(k-1) >10~30 m=1+0.88(k-1) >30 m=k 據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積值多在一下范圍內(nèi)： 壓力≤20kgf/cm2 壓力>20~321kgf/cm2 循環(huán)壓縮機 或更大 超高壓壓縮機 達0.25 這里根據(jù)壓力，取相對余隙容積：, , 計算容積系數(shù)的式子： (3.2) 根據(jù)式（3.2），計算容積系數(shù)： 根據(jù)式（3.2）編寫計算容積系數(shù)的程序： public void calVolumeCoefficient() { //計算膨脹過程指數(shù) CCoefficient k = MixGas.k; //絕熱過程指數(shù) double sucPressure //該級的名義吸氣壓力 = NPPara.SuctionPressure.KGF_CM2; CCoefficient m = null; //膨脹過程指數(shù) if (sucPressure <= 1.5) { m = 1 + 0